擠土樁研究現狀

叢佩文　楊彥騁　楊成宇　姚雪微

摘 要：隨著城鎮化的不斷發展，對于樁基工程提出了越來越高的要求。擠土樁憑借其無振動、噪聲小、污染少、施工速度快、質量可靠、經濟實惠、承載力高以及成樁質量有很好的保證等優點而得到廣大工程建設者的青睞，并投入了廣泛的使用。該文概述了擠土樁的理論研究價值及工程意義，結合國內外研究現狀，并針對靜壓樁、螺旋灌注樁和螺旋擠土樁的特點進行闡述與比較，綜合對比室內試驗和數值模擬實驗，認為螺旋擠土樁施工簡便、經濟劃算與環境友好，有著廣闊的發展前景。

關鍵詞：螺旋擠土灌注樁 靜壓樁 沉管灌注樁

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0075-01

20世紀80年代中后期隨著我國改革開放和城市化進程的不斷發展，對于樁基工程提出了越來越高的要求。既要注重工程造價，又要注意可持續發展緩解日益惡化的環境問題，同時也要杜絕工程引起的次生災害。因此擠土樁憑借其無振動、噪聲小、污染少、施工速度快、質量可靠、經濟實惠、承載力高以及成樁質量有很好的保證等優點而得到廣大工程建設者的青睞，并投入了廣泛的使用。

螺旋擠土灌注樁（soil displacement screw pile），簡稱 SDS 樁）屬于完全擠土型樁，該技術通過SDS樁鉆機施加扭矩及豎向力，使特制的短螺旋擠擴鉆頭在下旋鉆孔過程中將樁孔中的土體完全擠入樁周，并向擠擴后的樁孔中壓灌混凝土，最終形成圓柱形樁。與完全擠土型預制樁相比，SDS 樁施工工藝不同，具有無噪音、無振動、適應地層范圍廣等特征；與長螺旋灌注樁相比，SDS樁無泥漿污染、渣土運輸及棄土場地等不良環保及浪費資源問題。由于SDS樁具有技術、環保、成本方面的優勢，在國際樁基工程領域，SDS樁占據著重要的地位，該樁型的工程應用領域廣泛，使用量大。

雖然SDS樁在國外工程界已經得到推廣應用，但無論在國外或是國內，SDS樁的理論研究都遠遠落后于工程實踐。該文總結了擠土樁國內外研究現狀，分別闡述了靜壓樁、螺旋灌注樁和螺旋擠土樁的理論研究價值及工程意義。

1 國內外研究現狀

1.1 靜壓樁研究現狀

靜壓樁作為一種典型的擠土樁，其樁體在自重和靜壓力的作用下逐漸被壓入地基。壓樁時將排開相應體積的土體，由于土體瞬間的不可壓縮性，樁周土體產生水平及垂直位移。張明義（2002）[2]對靜壓樁進行了隔時復壓試驗和靜載試驗分析發現靜壓樁的極限承載力隨時間 呈雙曲線增長。林本海（2004）[1]通過對241根樁的試驗檢測資料，研究分析了靜壓樁施工終壓力和極限承載力的區別和關系。并認為短樁的極限承載力將小于壓樁的終壓力，而長樁的極限承載力將大于終壓力。同時又提出了靜壓樁適用的承載力估算的經驗公式。陳文（1999）[2]在分析飽和粘土中靜壓樁的貫入機理的基礎上，對靜壓樁沉樁分析的圓孔擴張理論、應變路徑法、有限元分析、滑移線理論和模型槽試驗等五種方法進行分析，并提出在傳統的平面圓孔擴張理論基礎上加以改進，采用準靜態空間軸對稱方程組對靜壓樁貫入過程進行模擬，從而得出土體位移、應力、初始超孔壓的空間解析解。周火垚（2009）[3]通過飽和軟黏土中足尺靜壓樁擠土效應試驗，發現樁端以上的樁周土體內某點的超孔壓增量最大值發生在樁端到達該點水平面時，而當樁端經過該水平面一定深度時超孔壓才達到最大值，并且在同一水平面上的超孔壓沿徑向具有滯后性。

1.2 沉管灌注樁研究現狀

普通的沉管灌注樁早在20世紀二十年代就已經出現，60年代引進我國。其具有造價低、工期短、設備和施工工藝簡單的優點。80年代后沉管灌注樁逐漸演變，例如夯擴沉管灌注樁，簡稱夯擴樁，又有中小城市廣泛使用預應力管樁。90年代后歐洲國家為了解決降噪和污染問題，逐漸由錘擊法向螺旋鉆孔法發展。也即是螺旋擠土樁的雛形。劉文華（2008）[4]歸納匯總了沉管灌注樁水平承載力各種設計計算方法，結合沉管灌注樁原位水平承載實驗得出了樁受水平荷載作用規律，應用當前流行的幾種線彈性地基反力法對樁的水平承載特性進行理論計算。卓建華（2003）[5]研究了由于管樁內壁與土芯間的摩阻力作用，產生封閉效應，形成“土塞”對樁端阻力的影響。認為土塞效應與擠土效應同時存在，提高了樁側阻力。

1.3 螺旋擠土樁研究現狀

螺旋擠擴樁作為典型的擠土樁類型。其利用特制的螺旋鉆頭將樁孔中的土體擠入樁周和樁下土體之中，并在擠擴成的樁孔中進行混凝土壓灌成樁，最終形成圓柱形的擠擴樁。我國巖土工程界在螺旋擠土樁的研究起步較晚。A.shraf Ghalyf （1991）[6]對預制螺旋錨樁的成樁過程進行了試驗和理論研究。通過對五種不同幾何形狀的錨樁進行試驗研究螺旋幾何形狀對螺旋錨樁成樁性狀的影響。試驗研究成樁扭矩，土表變形，和土中應力發展。同時發展了螺旋錨樁成樁計算模型，可預測成樁時所需的扭矩和豎向壓力。M.J.Kenny，等（2003）[7]對長螺旋灌注樁（CFA）成孔過程進行了試驗研究。研究發現長螺旋可以以較廣范圍的扭矩進行掘進，降低鉆頭的掘進比率可避免對土的擾動。吳敏等（2002）[8]和彭桂皎等（2005）[9]在吸收長螺旋鉆孔灌注樁工法（即CFA工法）、日本的鋼纖維全螺紋砼預制樁工法，以及德國Pfleiderer Verkehrstechnik GmbH&Co.公司的半螺紋中空預應力砼預制樁（即Europile）工法基礎上，開發了灌注螺紋樁和半螺絲樁技術，并投入工程應用。

2 結語

該文主要從擠土樁成樁過程中對周圍土體的初始組構造成的影響為切入點，分析研究擠土樁成樁過程中的宏細觀機理。因此對擠土樁成樁宏細觀機理、承載特性的研究不但有利于提高理論上的認識，充分發揮出擠土樁的優勢，而且對于估計擠土樁的施工影響和指導設計更具有現實意義。同時也能針對擠土樁施工中伴隨的次生危害提出防治措施。

參考文獻

[1] 林本海，王離.靜壓樁承載性能的分析研究[J].建筑結構學報，2004，25（3）：120-124.

[2] 陳文，施建勇，龔友平，等.飽和粘土中靜壓樁沉樁機理及擠土效應研究綜述[J].水利水電科技進展，1999，19（3）：38-41.

[3] 周火垚，施建勇.飽和軟黏土中足尺靜壓樁擠土效應試驗研究[J].巖土力學， 2009，30（11）：3291-3296

[4] 劉文華.沉管灌注樁水平承載特性試驗分析及計算方法研究[D].沈陽：東北大學， 2008.

[5] 卓建華.軟土中管樁、沉管樁、鉆孔樁承載力的分析[D].杭州：浙江大學，2003.

[6] A.shraf Ghaly.Adel Hanna.Ghaly. Experimental and Theoretical Studies on Installation Torque of Screw Anchors[J].Canadian Geotechnical Journa，1 991，28（3）：353-364.

[7] Kenny，M.J.Guasti，S.，ZsaL P.Continuous flight auger boring in sandy soils[C].BGA International Conference on Foundations，Innovations， Observations， Design and Practice，2003：433-441.

[8] 吳敏，李波楊.全螺旋灌注樁一螺紋樁豎向承載力初探[J].武漢大學學報：工學版，2002（10）：109-112.

[9] 彭桂皎，虞鋒，徐學軍，等.螺桿樁新技術及其應用[J].地基處理，2005（16）：25-31.